(57)【要約】【課題】  被検レンズの焦点位置補正量を正確に測定することができる測定装置を提供すること。【解決手段】  測定装置１は、投射光学系１０と、測定装置本体２０と、演算・制御部３０とを有する。投射光学系１０から被検レンズ１００へコントラスト像を含む測定光Ｌ１を投射し、被検レンズ１００を通過した光Ｌ２を測定装置本体２０へ入射させる。ビームスプリッタ２１で分岐された光Ｌ３によるコントラスト像をエリアセンサ２２上に結像させ、分岐された他方の光Ｌ４による像をＡＦセンサ２３ａ上に結像させる。ＡＦセンサ２３ａは、被検レンズ１００に対してエリアセンサ２２と等価な位置に配設されている。被検レンズ１００に対して測定装置本体２０を所定方向に移動し、エリアセンサ２２上のコントラスト像のコントラストが最大になる位置でのＡＦセンサ２３ａによる焦点調節状態を検出し、これを焦点位置補正量として測定して記憶する。【選択図】  図１
2007094331.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、
前記測定光を、前記被検レンズを介して受光する受光手段と、
前記受光手段から出力される受光信号に基づいて、前記コントラスト像の結像状態を出力する出力手段と、
前記受光手段と等価な位置に配置され、前記被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力する焦点検出手段と、
前記被検レンズに対して、前記受光手段と前記焦点検出手段とを前記等価な位置状態を保持しつつ移動する移動手段と、
前記結像状態がほぼ最良となる位置で前記焦点検出手段から出力される前記焦点検出信号に基づいて前記被検レンズの焦点位置補正量を演算する演算手段とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、
前記測定光を、前記被検レンズを介して受光する受光手段と、
前記受光手段と等価な位置に配置され、前記測定光を焦点検出光学系を介して受光し、前記被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力する焦点検出手段と、
前記被検レンズに対して、前記受光手段と前記焦点検出手段とを前記等価な位置関係を保持しつつ移動する移動手段とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の測定装置において、
前記焦点検出手段から出力される前記焦点検出信号に基づいて前記被検レンズの焦点位置補正量を演算する演算手段を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１または３に記載の測定装置において、
前記被検レンズの焦点位置補正量は、前記焦点検出手段で検出される焦点調節状態と、前記被検レンズの絞り値における焦点調節状態との差を表す物理量であることを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置によって求めた前記焦点位置補正量を記憶する記憶手段を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
【請求項６】
被検レンズを介した光束を受光する受光手段により得られる像のコントラストに基づいて前記被検レンズの結像状態を検出する結像状態検出手段と、前記光束を受光して前記被検レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを、前記被検レンズに対して等価な位置状態を保って移動可能に配置し、
前記結像状態検出手段と焦点検出手段とを前記位置状態を保持しつつ移動させる間に、前記結像状態検出手段で得られる前記結像状態がほぼ最良となる位置で前記焦点検出手段で検出される前記焦点調節状態に基づいて前記被検レンズの焦点位置補正量を求めることを特徴とする測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の測定方法によって求めた前記焦点位置補正量を記憶する記憶手段を有することを特徴とするレンズ鏡筒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮影レンズ等の焦点位置の補正量を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＴＬ位相差方式のＡＦ検出モジュールを搭載したカメラでは、ＡＦ検出モジュールで検出した焦点調節状態に基づいて焦点調節を行っても、必ずしもピントが正しく合った画像が得られないことがある。これは、ＡＦ検出モジュールの焦点検出光学系の瞳形状と、撮影レンズの瞳形状とが異なり、両者の間で球面収差量が異なるためである。撮影レンズの絞り径が開放のときはその差異が大きくなる傾向がある。そこで、ＡＦ検出モジュールによる焦点位置と撮影Ｆ値の焦点位置との差分を撮影Ｆ値ごとに焦点位置補正量としてレンズ鏡筒内のＲＯＭに予め記憶し、撮影時にこの補正量を用いて正確な焦点調節を行う技術が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、このような補正量を測定する装置が開示されている。この装置では、一対のピンホールが複数組設けられたハルトマンプレートを利用する。各組の一対のピンホールは、被検査対象である撮影レンズの一の絞り径と対応する半径上に設けられている。このハルトマンプレートの後方に被検査対象である撮影レンズを配置し、ハルトマンプレートに平行光線を照射すると、その透過光が撮影レンズを介してＣＣＤ上に入射する。ＣＣＤ上には、複数対のピンホール像が形成される。そして、ＡＦ検出モジュールの開口Ｆ値および撮影レンズの開放Ｆ値にそれぞれ対応する入射高さのピンホール像の位置、すなわち一対のピンホール像の間隔から焦点位置補正量を測定する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０１７３７４号公報（第５頁、図１，６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１のピンホール像を利用する装置は、撮影レンズの絞り値に対応する入射高の光束をハルトマンプレートのピンホールを通して局所的に測定しているため、実際の撮影状態と同様の、絞り値に対応した光束全体の結像状態を反映しておらず、測定精度が低いという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）請求項１の発明による測定装置は、コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、測定光を、被検レンズを介して受光する受光手段と、受光手段から出力される受光信号に基づいて、コントラスト像の結像状態を出力する出力手段と、受光手段と等価な位置に配置され、被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力する焦点検出手段と、被検レンズに対して、受光手段と焦点検出手段とを等価な位置状態を保持しつつ移動する移動手段と、結像状態がほぼ最良となる位置で焦点検出手段から出力される焦点検出信号に基づいて被検レンズの焦点位置補正量を演算する演算手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明による測定装置は、コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、測定光を、被検レンズを介して受光する受光手段と、受光手段と等価な位置に配置され、測定光を焦点検出光学系を介して受光し、被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力する焦点検出手段と、被検レンズに対して、受光手段と焦点検出手段とを等価な位置関係を保持しつつ移動する移動手段とを備えることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項２に記載の測定装置において、焦点検出手段から出力される焦点検出信号に基づいて被検レンズの焦点位置補正量を演算する演算手段を備えることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項１または３に記載の測定装置において、被検レンズの焦点位置補正量は、焦点検出手段で検出される焦点調節状態と、被検レンズの絞り値における焦点調節状態との差を表す物理量であることを特徴とする。
（５）請求項５の発明によるレンズ鏡筒は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の測定装置によって求めた焦点位置補正量を記憶する記憶手段を有することを特徴とする。
（６）請求項６の発明による測定方法は、被検レンズを介した光束を受光する受光手段により得られる像のコントラストに基づいて被検レンズの結像状態を検出する結像状態検出手段と、光束を受光して被検レンズの焦点調節状態を検出する焦点検出手段とを、被検レンズに対して等価な位置状態を保って移動可能に配置し、結像状態検出手段と焦点検出手段とを位置状態を保持しつつ移動させる間に、結像状態検出手段で得られる結像状態がほぼ最良となる位置で焦点検出手段で検出される焦点調節状態に基づいて被検レンズの焦点位置補正量を求めることを特徴とする。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の測定方法によって求めた焦点位置補正量を記憶する記憶手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の測定装置によれば、実際の撮影状態と同じ状態で被検レンズ全体の結像状態に基づいて焦点位置補正量を測定しているので、精度の高い焦点位置補正量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明による測定装置について、図１および２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態による測定装置の構成を模式的に示す全体構成図である。図１に示される測定装置１は、投射光学系１０と、測定装置本体２０と、演算・制御部３０とを有し、被検レンズ１００の焦点位置補正量を測定する。被検レンズ１００は、例えばカメラの撮影レンズであり、レンズ鏡筒１０２は、被検レンズ１００とＲＯＭ１０１とを有する。
【０００９】
この測定装置１は、被検レンズ１００の絞り開放状態での焦点位置補正量を測定することができる。この測定装置１を概念的に説明すると、測定装置本体２０を所定ピッチで移動させながら被検レンズ１００を介して濃淡パターン像をエリアセンサ２２で撮像し、この濃淡パターン像の最良コントラスト像が得られる位置で測定装置本体２０を固定する。この状態で、焦点検出モジュール２３で検出される焦点調節状態を演算し、これを被検レンズ１００の焦点位置補正量として測定する。
【００１０】
投射光学系１０は、光源１１と、反射鏡１２と、拡散板１３と、コンデンサレンズ１４と、フィルタ１５と、チャート１６と、コリメータレンズ１７とを有する。チャート１６は、上述したコントラスト像を形成させるための濃淡パターンを有する。なお、フィルタ１５は所定の波長域の光を得るために配置される。投射光学系１０から被検レンズ１００へコントラスト像を含む測定光Ｌ１を投射する。
【００１１】
測定装置本体２０は、マウント１８に装着された被検レンズ１００からの光Ｌ２を２つに分岐するビームスプリッタ２１と、分岐された一方の光Ｌ３が入射するエリアセンサ２２と、分岐された他方の光Ｌ４が入射する焦点検出モジュール２３と、移動ステージ２４とを有する。エリアセンサ２２は例えばＣＣＤを用いることができる。
【００１２】
焦点検出モジュール２３は、被検レンズ１００が装着されるＡＦ機能付きのカメラに搭載されるものと同一もしくは同等のものである。焦点検出モジュール２３による焦点検出方式は、周知の位相差検出方式ないし瞳分割型再結像方式と呼ばれるものである。この方式は、被検レンズ１００の光学系の射出瞳面上の異なる部分を通過した一対の光束により形成される一対の瞳像の検出面上での相対的な位置関係に基づいて、被検レンズ１００の焦点調節状態を検出する方式である。したがって、焦点検出モジュール２３は、被検レンズ１００の射出瞳面上の異なる部分を通過した一対の光束により形成される一対の瞳像を形成する図示しない焦点検出光学系と、一対のＣＣＤラインセンサ２３ａとから構成される周知のものである。
【００１３】
焦点検出モジュール２３は、被検レンズ１００に対してエリアセンサ２２と光学的に等価な位置にＡＦセンサ２３ａが位置するように配置される。移動ステージ２４は、ビームスプリッタ２１、エリアセンサ２２および焦点検出モジュール２３を一体で、つまり被検レンズ１００に対するエリアセンサ２２と焦点検出モジュールとの位置状態を保ったまま、被検レンズ１００の光軸方向（ｘ方向）に移動可能に構成されている。被検レンズ１００はマウント１８に固定され静止しているので、測定装置本体２０の被検レンズ１００に対する距離が可変となる。
【００１４】
演算・制御部３０は、エリアセンサ２２からの電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１と、ＡＦセンサ２３ａからの電気信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３２と、Ａ／Ｄ変換器３１，３２からのディジタル信号を入力して各種演算処理を行うＣＰＵ３３とを有する。ＣＰＵ３３は、機能的に、コントラスト演算部３４と、補正量演算部３５と、ステージ制御部３６とを有している。これらはソフトウエアで実現される。また、ＣＰＵ３３は記憶部３７を有している。
【００１５】
コントラスト演算部３４は、エリアセンサ２２で撮像した濃淡像のコントラストを演算し、補正量演算部３５は、後述する焦点位置補正量を演算する。ステージ制御部３６は、移動ステージ２４を所定のピッチで移動制御するために用いられ、コントラスト演算部３４で演算されたコントラストが最大の位置で測定装置本体２０を停止する。
【００１６】
以下、図２のフローチャートを参照しながら被検レンズ１００の焦点位置補正量を測定する手順を説明する。この測定手順は演算・制御部３０によって実行される。測定に先立って、ユーザにより以下の測定前準備が終了しているものとする。
【００１７】
先ず、被検レンズ１００の絞り径を開放絞りとした状態で、被検レンズ１００をマウント１８に固定する。光源１１から発した光は、反射鏡１２で反射され、拡散板１３で均一化され、コンデンサレンズ１４、フィルタ１５を介してチャート１６を照明する。チャート１６はコリメータレンズ１７の焦点位置に配置されているので、チャート１６を通過した光は、コリメータレンズ１７により平行光束である測定光Ｌ１となり、被検レンズ１００に入射する。すなわち、この投射光学系１０により、被検レンズ１００には無限遠からの光束が入射している状況が作られる。
【００１８】
被検レンズ１００を通過した光Ｌ２はビームスプリッタ２１に入射し、分岐された一方の光Ｌ３はエリアセンサ２２上に結像し、濃淡パターン像（コントラスト像）が形成され、分岐された他方の光Ｌ４は、ＡＦセンサ２３ａを構成する一対のラインセンサ上に一対の焦点検出像として結像している。
【００１９】
ステップＳ１では、移動ステージ２４を初期位置とする。ステップＳ２で、エリアセンサ２２のコントラスト像に関する画像信号をＡ／Ｄ変換器３１を介してＣＰＵ３３のコントラスト演算部３４に入力する。
【００２０】
ステップＳ３において、コントラスト演算部３４により濃淡画像のコントラストを計算する。コントラスト演算部３４で演算されるコントラストは、いわゆる山登りＡＦとして知られているコントラストであり、具体的な演算手法については説明を省略する。ステップＳ４では、ステージ制御部３６により移動ステージ２４を予め定めた移動方向に予め定めたピッチだけ移動させる。
【００２１】
ステップＳ５では、エリアセンサ２２の画像信号をコントラスト演算部３４に入力し、ステップＳ６において、ステップＳ３と同様にしてコントラスト演算部３４により濃淡画像のコントラストを計算する。
【００２２】
ステップＳ７では、コントラスト演算部３４により演算された濃淡画像のコントラストが減少したか否かを判定する。否定判定であれば、ステップＳ４へ移行し、移動ステージ２４を同方向に同ピッチ量だけ移動させ、ステップＳ６でコントラストを演算する。この動作は、ステップＳ７で、肯定判定が出るまで繰り返される。ステップＳ７で、肯定判定であればステップＳ８へ移行する。
【００２３】
ステップＳ８では、移動ステージ２４を前回の位置、つまりコントラストが減少する前の位置に戻す。この位置で得られるコントラストは、複数回にわたって演算したコントラストの中で最大であり、エリアセンサ２２上での結像状態が最良の位置である。ステップＳ９では、ＡＦセンサ２３ａのコントラスト像に関する画像信号をＡ／Ｄ変換器３２を介して補正量演算部３５に入力する。ステップＳ１０では、補正量演算部３５により、開放絞りにおける被検レンズ１００の焦点調節状態、つまり被検レンズ１００で形成される像が合焦する焦点位置からのずれ量が算出される。このずれ量が焦点位置補正量として記憶部３７に記憶される。
【００２４】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で演算したずれ量に基づいて、開放Ｆ値以外の複数のＦ値における被検レンズ１００のずれ量を、たとえば、周知の計算方法により算出する。複数のずれ量は、焦点位置補正量として、記憶部３７にＦ値と対応付けてそれぞれ記憶される。ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めた焦点位置補正量をレンズ鏡筒１０２に内蔵されたＲＯＭ１０１に書き込む。この焦点位置補正量のデータは、記憶部３７からＲＯＭ１０１へ移送してもよいし、補正量演算部３５から直接にＲＯＭ１０１へ移送してもよい。なお、演算の代わりに、実際に被検レンズ１００の絞り値を変更して焦点位置補正量を測定してもよい。
【００２５】
上述したＡＦセンサ２３ａで検出した像ずれ量を焦点位置補正量とする意味について簡単に説明しておく。山登りＡＦ方式により、被検レンズ１００を通過する濃淡パターンの像がエリアセンサ２２上で合焦するようにエリアセンサ２２の位置が定められている。そして、エリアセンサ２２とＡＦセンサ２３ａとは、被検レンズ１００に対して光学的に等価な位置に配設されている。したがって、エリアセンサ２２上で合焦している濃淡パターン像はＡＦセンサ２３ａ上でも合焦しているはずである。そこで、ＡＦセンサ２３ａで検出されている焦点調節状態が合焦状態でなければ、その出力値が、焦点検出モジュール２３の瞳形状と、被検レンズ１００の撮影Ｆ値の瞳形状とによる焦点位置のずれ量、すなわち、焦点位置補正量である。
【００２６】
被検レンズ１００を有するレンズ鏡筒１０２が装着されたカメラで撮影する際、ＲＯＭ１０１に記憶された焦点位置補正量を使用して焦点調節が行われる。たとえば、カメラボディには焦点検出モジュール２３と同一もしくは同等の焦点検出装置が搭載され、カメラの焦点検出装置で検出した焦点調節状態に基づいて算出された像ずれ量を、ＲＯＭ１０１内の焦点位置補正量で補正し、カメラは、その補正後の像ずれ量に基づき焦点調節動作を行う。すなわち、補正後の像ずれ量を被検レンズ１００内のフォーカシングレンズの移動量に換算し、フォーカシングレンズを移動する。この具体的な説明は省略する。
【００２７】
以上説明したように、本実施の形態による測定装置１および焦点位置補正量の測定方法は次の作用効果を奏する。
（１）山登りＡＦ方式により、被検レンズ１００を通過する濃淡パターンの像がエリアセンサ２２上で合焦するようにエリアセンサ２２の位置を定め、そのときＡＦセンサ２３ａで検出されている焦点調節状態を焦点位置補正量として記憶するようにした。したがって、従来技術の手法と異なり、被検レンズ１００を通る光束の一部分ではなく実際の結像状態に基づいて焦点位置のずれ量を測定するので、精度の高い補正量を得ることができる。特に、形状誤差などによって球面収差曲線が大きく変化する非球面レンズや高精度加工が必要なレンズに対して有効である。
【００２８】
（２）測定装置本体２０の焦点検出モジュール２３は、カメラボディに搭載される焦点検出装置と同一もしくは同等であり、焦点検出装置の種類の違いによる検出値の誤差をキャンセルでき、結果的に正確な補正量を得ることができる。
（３）被検レンズ１００を動かさずに固定したままで測定できるので、被検レンズ１００の動きに起因する測定誤差を生じない。
【００２９】
本実施の形態における測定装置１あるいは測定方法により得られた焦点位置補正量を記憶させたＲＯＭ１０１を有するレンズ鏡筒１０２をカメラボディに装着して撮影するときに、その焦点位置補正量を利用することにより、正確な焦点位置での撮影ができ、画質の良い写真が得られる。
【００３０】
本発明による測定装置は、コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、測定光を被検レンズを介して受光するエリアセンサ２２で代表される受光手段と、受光手段から出力される受光信号に基づいて、コントラスト像の結像状態を出力するＣＰＵ３３で代表される出力手段と、受光手段と等価な位置に配置され、被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力するＡＦセンサ２３ａで代表される焦点検出手段と、被検レンズに対して、受光手段と焦点検出手段とを等価な位置状態を保持しつつ移動する移動ステージ２４で代表される移動手段と、結像状態がほぼ最良となる位置で焦点検出手段から出力される焦点検出信号に基づいて被検レンズの焦点位置補正量を演算するＣＰＵ３３で代表される演算手段とを備えるように構成すれば、その具体的構成は、上記実施の形態に限定されない。
【００３１】
次に、本実施の形態による測定装置１の変形例について説明する。
以上では、測定装置本体２０を移動ステージ２４により所定ピッチ移動させながら自動的に最大コントラスト位置を検出したが、以下のように手動でユーザが最大コントラスト位置へ測定装置本体２０を移動し、その位置で焦点検出モジュール２３から得られる焦点調節状態を示す信号により焦点位置補正量を演算してもよい。
【００３２】
エリアセンサ２２のコントラスト像を不図示のモニタ上に表示する。この映像を目視で観察しながら測定装置本体２０を微小ピッチ移動させながら、コントラストが最大である位置で測定装置本体２０を停止する。測定装置本体２０の微小ピッチ移動は、移動ステージを手動で操作して行っても良いし、モータ駆動式の移動ステージとしてモータ回転量を操作して行ってもよい。
【００３３】
この場合、Ａ／Ｄ変換器３１とコントラスト演算部３４は不要となる。また、電動ステージを使用しない場合はステージ制御部３６も不要となる。
【００３４】
この変形例においても、実施の形態による測定装置１と同様の作用効果を奏する。
なお、変形例の測定装置は、コントラスト像を含む測定光を被検レンズに投射する投射光学系と、測定光を被検レンズを介して受光するエリアセンサ２２で代表される受光手段と、受光手段と等価な位置に配置され、測定光を焦点検出光学系を介して受光し、被検レンズの焦点調節状態を表す焦点検出信号を出力するＡＦセンサ２３ａで代表される焦点検出手段と、被検レンズに対して、受光手段と焦点検出手段とを等価な位置関係を保持しつつ移動する移動手段とを備えるように構成すれば、その具体的構成は、上記変形例に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る測定装置の構成を模式的に示す全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る測定装置による測定手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１：測定装置                      １０：投射光学系
１１：光源                          １６：チャート
１７：コリメータレンズ              ２０：測定装置本体
２１：ビームスプリッタ              ２２：エリアセンサ
２３：焦点検出モジュール            ２３ａ：ＡＦセンサ
２４：移動ステージ                  ３０：演算・制御部
３３：ＣＰＵ                        ３４：コントラスト演算部
３５：補正量演算部                  ３６：ステージ制御部
１００：被検レンズ                  １０１：ＲＯＭ
１０２：レンズ鏡筒
【図１】
2007094331.tif 000003
【図２】
2007094331.tif 000004